具有高反应界面的钠-氯化物电池制造技术

本发明专利技术涉及具有高反应界面的钠‑氯化物电池，由以下各部分组成：具有开口端的导电外壳，所述导电外壳内部具有呈阵列分布的多个电解质陶瓷管；导电盖部，用于封闭连接在导电外壳的开口端；设置在导电外壳和导电盖部之间的用于承载多个电解质陶瓷管的绝缘陶瓷基体，且每个电解质陶瓷管的开口部与绝缘陶瓷基体中相应的贯通部分别连通；每个电解质陶瓷管内包括正极物质及集流电极，且所述集流电极穿过绝缘陶瓷基体的贯通部与导电盖部连接；所述导电外壳和每个电解质陶瓷管之间填充导电材料。

【技术实现步骤摘要】
具有高反应界面的钠-氯化物电池
本专利技术涉及一种电池结构，具体涉及一种具有高反应界面的钠-氯化物电池，属于电池领域。
技术介绍
钠－氯化物电池由Na-S电池发展而来，除了具有与Na-S电池类似的高理论比容量、良好的循环性能、长寿命、无自放电等优点以外，其安全性能远远高于Na-S电池。无论是过充、过放，还是beta-Al2O3/Na3Zr2Si2PO12电解质隔膜损坏，导致正负极短路，都呈低电流模式，不会放出大量的热，因而不会发生像Na-S电池短路时产生的燃烧甚至爆炸等安全事故。此外，钠－氯化物电池处于放电状态，组装时为无Na操作，降低了操作难度，节约了成本。基于这些优点，钠－氯化物电池的研究日益受到人们的重视，也使其成为电动汽车及大容量能量存储的一个重要选择。然而，钠－氯化物电池的功率密度不高，这限制了其作为电动汽车动力电源方面的应用。为了提高钠－氯化物电池的功率密度，研究者进行了大量的卓有成效的研究工作，主要是基于提高电池电化学反应的反应面积，缩短离子的扩散路径。电解质的结构也由最初的圆柱管式结构逐步发展到四叶草管式结构，电池的功率密度也例如由80W/kg，逐步提高至115W/kg。例如，在专利1(中国专利公开号CN101752614A)中记载了一种高能量密度钠-氯化镍单体电池及其电池组。其中，公开了该钠-氯化镍单体电池中的电解质陶瓷管的截面为圆形或十字花型，类似于如上所述的圆柱管式结构及四叶草管式结构的电解质陶瓷管。尽管如上所述，在现有技术中，通过将电解质的结构由圆柱管式结构发展到四叶草管式结构，钠－氯化物电池已逐步提高了电池的功率密度。但是，不管是圆柱管式结构及四叶草管式结构的电解质陶瓷管，其能量密度和功率密度提升有限，且单体电池容量受限。目前仍试图研发出具有更高的能量密度和功率密度的大容量钠－氯化物电池。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的在于提供一种具有高反应界面的钠－氯化物电池，使得钠－氯化物电池能够具有更高的能量密度和功率密度，并便于大容量设计。为此，本专利技术提供了一种具有高反应界面的钠－氯化物电池，由以下各部分组成：具有开口端的导电外壳，所述导电外壳内部具有呈阵列分布的多个电解质陶瓷管；导电盖部，用于封闭连接在导电外壳的开口端；设置在导电外壳和导电盖部之间的用于承载多个电解质陶瓷管的绝缘陶瓷基体，且每个电解质陶瓷管的开口部与绝缘陶瓷基体中相应的贯通部分别连通(图1中21为贯通部)；每个电解质陶瓷管内包括正极物质及集流电极，且所述集流电极穿过绝缘陶瓷基体的贯通部与导电盖部连接；所述导电外壳和每个电解质陶瓷管之间填充导电材料；所述导电材料选自碳、石墨、金属中的至少一种。其中，如碳、石墨、金属的形态可为颗粒、纤维、粉末、片材等，用于连通电解质陶瓷管和导电外壳。在本专利技术中，具有高反应界面的钠－氯化物电池是一种多管式结构的电池，在电解质陶瓷管具有相同体积的前提下，采用口径较小的陶瓷管，并采取多管式的布局，有效增大了电解质陶瓷管的表面积，从而增加了钠离子的扩散通道，并增加了电化学反应的面积，缩短了钠离子的扩散路径。采用该多管式结构的钠－氯化物电池可以具有更高的能量密度和功率密度，并可进行大容量的单体电池设计。较佳的，所述电解质陶瓷管为beta-Al2O3、或钠离子导体(如Na3Zr2Si2PO12)；所述绝缘陶瓷基体为alpha-Al2O3陶瓷。其中，采用beta-Al2O3陶瓷管作为钠－氯化物电池的固体电解质，可以同时起隔膜和电解质的双重作用，且具有较高的离子导电率。而且，采用alpha-Al2O3陶瓷作为绝缘陶瓷基体，其电阻率高，具有良好的绝缘性能。较佳的，所述电解质陶瓷管的个数为3～9。即多个电解质陶瓷管的阵列可以是由三管、四管、五管和六管中的任意一种组合而成的多管式阵列结构，且随着管数的增加，在相同体积的前提下，可以进一步有利于增加电解质陶瓷管的表面积。较佳的，所述导电盖部上设置有极耳；所述导电外壳包括壳体和底部端盖。较佳的，所述绝缘陶瓷基体中贯通部包括上通孔和下通孔，所述下通孔的直径＜电解质陶瓷管的外径＜所述上通孔的直径，形成卡槽。又，较佳的，在绝缘陶瓷基体中上通孔和电解质陶瓷管之间设有绝缘密封介质；优选地，所述绝缘密封介质为封接玻璃、陶瓷密封剂或密封胶。较佳的，在绝缘陶瓷基体与所述导电外壳之间设有第一金属环，和/或在绝缘陶瓷基体与导电盖部之间设有第二金属环；优选地，所述第一金属环和第二金属环由可伐合金、不锈钢、Ni或铝合金制成。根据本专利技术，通过在绝缘陶瓷基体与外壳壳体之间和/或在绝缘陶瓷基体与盖部之间设置第一金属环和第二金属环，可以有效地将该绝缘陶瓷基体在外壳壳体与盖部之间进行定位连接。其中，金属环可以由可伐合金、不锈钢、Ni或铝合金制成，以便与电池外壳和盖部之间进行连接。较佳的，在绝缘陶瓷基体与金属环之间设有绝缘密封介质；优选地，所述绝缘密封介质为封接玻璃、陶瓷密封剂或密封胶，可以具有良好的密封性。其中，封接玻璃为高硼硅玻璃、CG294玻璃等；陶瓷密封剂为美国FuelCellMaterials公司的CERAMABOND552-VFG、东莞聚力胶粘制品有限公司的JL-767A等；密封胶为东莞市九点胶业有限公司的JD-9766、厦门远创特种玻璃有限公司的GL-1280等单组份中性密封胶、无坍塌硅酮密封胶。根据本专利技术，通过在绝缘陶瓷基体与金属环之间和/或在绝缘陶瓷基体与多个电解质陶瓷管之间设置绝缘密封介质，可以有效地防止多个电解质陶瓷管内的正极物质泄漏的同时，绝缘密封介质还能实现绝缘陶瓷基体和金属环的连接，且连接强度优异。较佳的，所述正极物质为含有Ni和Fe中至少一种、NaCl以及NaAlCl4的混合物。选用上述正极材料时，导电材料中金属优选不为Na，这样可以避免电解质陶瓷管破裂后形成产生Na的泄露，提高了电池的安全性能。此外，正极物质中还含有C、Cu、Co、Zn、FeS、NaF、NaBr、NaI中的一种或几种，具有良好的离子导电率和电子电导率。较佳的，所述集流电极为表面镀镍的铜导体、纯镍导体、Fe导体或C材料导体等。在本专利技术中，采用表面镀镍的铜导体作为集流电极可以增加集流电极的抗氧化性、抗腐蚀性，并可增加导电性。较佳的，所述导电盖部和导电外壳的材料可以为不锈钢或铝合金等，可以提高其导电性。较佳的，所述导电外壳的形状为圆管或方管等多种形状，可以根据需要自行设计。较佳的，所述电解质陶瓷管的尺寸(外径或边长)为15～60mm，壁厚为0.5～3mm；优选地，所述电解质陶瓷管的尺寸(外径或边长)为20～40mm，壁厚为1～1.5mm。附图说明根据下述具体实施方式并参考附图，本专利技术的上述及其他目的、特征和优点将更加清晰：图1为示意性地示出根据本专利技术的一实施形态的钠－氯化物电池的结构的纵向剖视图；图2为示意性地示出三管排列的电解质陶瓷管的根据本专利技术的钠－氯化物电池的实施形态的横向剖视图；图3为示意性本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有高反应界面的钠－氯化物电池，其特征在于，由以下各部分组成：/n具有开口端的导电外壳，所述导电外壳内部具有呈阵列分布的多个电解质陶瓷管；/n导电盖部，用于封闭连接在导电外壳的开口端；/n设置在导电外壳和导电盖部之间的用于承载多个电解质陶瓷管的绝缘陶瓷基体，且每个电解质陶瓷管的开口部与绝缘陶瓷基体中相应的贯通部分别连通；/n每个电解质陶瓷管内包括正极物质及集流电极，且所述集流电极穿过绝缘陶瓷基体的贯通部与导电盖部连接；/n所述导电外壳和每个电解质陶瓷管之间填充导电材料。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有高反应界面的钠－氯化物电池，其特征在于，由以下各部分组成：
具有开口端的导电外壳，所述导电外壳内部具有呈阵列分布的多个电解质陶瓷管；
导电盖部，用于封闭连接在导电外壳的开口端；
设置在导电外壳和导电盖部之间的用于承载多个电解质陶瓷管的绝缘陶瓷基体，且每个电解质陶瓷管的开口部与绝缘陶瓷基体中相应的贯通部分别连通；
每个电解质陶瓷管内包括正极物质及集流电极，且所述集流电极穿过绝缘陶瓷基体的贯通部与导电盖部连接；
所述导电外壳和每个电解质陶瓷管之间填充导电材料。


2.根据权利要求1所述的具有高反应界面的钠－氯化物电池，其特征在于，所述电解质陶瓷管材质为beta-Al2O3、或钠离子导体；所述绝缘陶瓷基体为alpha-Al2O3陶瓷；所述导电材料选自碳、石墨、金属中的至少一种。


3.根据权利要求1或2所述的具有高反应界面的钠－氯化物电池，其特征在于，所述电解质陶瓷管的个数为3～9。


4.根据权利要求1至3中任一项所述的具有高反应界面的钠－氯化物电池，其特征在于，所述导电盖部上设置有极耳；所述导电外壳包括壳体和底部端盖。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的具有高反应界面的钠－氯化物电池，所述绝缘陶瓷基体中贯通部包括上通孔和下通孔，所述下通孔的直径＜电解质陶瓷管的外径＜所述上通孔的直径，形成卡槽。


6.根据权利要求5所述的具有高反应界面的钠－氯化物电池，其特征在于，在绝缘陶...

【专利技术属性】
技术研发人员：温兆银，吴相伟，胡英瑛，
申请(专利权)人：中国科学院上海硅酸盐研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31